[摘要]：

物理探究性實驗教學的開設，激勵了學生的個性和已有經驗得到充分的發揮，改變了過去由教師包攬教學的局面，給了學生更多的思考、探索、實踐的時間和空間。訓練學生學會合作探究的能力，體現和提高學生的情感、態度、價值觀，培養了學生嚴謹的科學思想和研究方法，提高了學生的建模能力，展示了學生的研究思路和才能，延伸了學生的學力。使學生的實踐能力、創新精神和可持續發展的綜合素質都有較大的提高。

[關鍵詞]：

質疑探究能力、合作交流、學會研究、可操作性

課題背景

物理學是一門以實驗為基礎的學科，對物理教學來說其重要方面之一是實驗教學與理論教學相結合，因為通過實驗可以更有效地讓學生體驗科學發展和知識形成的思想和方法。通過聯系實際問題，培養學生的實踐能力、創新精神、可持續發展和適應將來社會的生存能力。“二期課改”總體要求，就是要確立在學習中以“學生為主體”的地位，關注學生已有經驗、興趣愛好和個性特長。實現知識與技能、過程與方法、情感態度價值觀為一體的教學目標。

著名物理學家楊振寧說：“我在中國學的方法是演繹法，我發現這完全不是費米、泰勒等人的研究方法，他們是從實際實驗的結果中歸納出原理，是歸納法。我很幸運這兩種研究方法的好處都吸收了，這對我的研究工作有很大的影響。”這段話表明實驗作為一種研究科學方法，對人的培養有著一種特別的作用。

探究性實驗是努力改變學生“接受學習”的傳統方式，建立一種讓學生“主動參與、樂于探究、交流合作”的學習方式。配合“二期課改”中的拓展性課程和研究性課程，使之相輔相成。通過探究實驗，有效地促使學生關注和聯系實際問題，體驗科學發展和知識形成的思想和方法，掌握知識的本意和正確的結論。使學生的意志、毅力、情感、價值觀以及與他人的合作交流精神有所提高。也促進了學生在理論學習方面的學習效果，提高了學生的總體學習能力和學習水平。

一、探究性實驗在教學中的作用

普通實驗是在已有的規范程式下由教師指導、幫助完成的，主要為解決學生的基本知識、基本方法、基本技巧，要求學生達到會做規定實驗的基本目標，但缺少培養學生創新精神的功能。為促使學生在新材料、新情境、新問題面前勇敢地質疑，提出問題。改變學生傳統的“接受學習”方式，建立一種讓學生“主動參與、樂于研究、交流合作”的學習方式。探究性實驗教學的開展，能在已有的基礎上有效地激勵學生的個性和已有經驗得到充分的發揮，改變過去由教師包攬教學的局面，給學生以更多的思考、探索、實踐的時間和空間，訓練學生學會獨立和合作探究的能力。不但要能做引入性實驗、驗證性實驗，還要能做探索性實驗，不但要能做實驗、巧做實驗，還要能根據學習和社會生活中的碰到的事例提出問題、選擇課題、設計實驗，探究事物的運動規律。通過探究性實驗的學習和研究，可幫助學生擺脫傳統教學思想的束縛，鼓勵學生的獨立意識和創新精神，培養學生嚴格的科學思想和研究方法，提高建模能力，提高學生的情感、態度和價值觀，延伸學力，展示學生的研究思路和才能。使學生的動手實踐能力、學習理論的內部需要、學習水平等綜合素質有較大提高。

二、探究性實驗應注意的原則

1、探究性實驗課題的選擇，有較強的開放性、實踐性、探究性，所以要注意不同學生的學習群體的認知結構的差異、學生的基礎水平，做到有所區別、有所側重、有的放矢。既要體現學生的自主性，也要結合教師的指導、參謀服務作用，創設師生平等、互相尊重、合作交流的教學氛圍。從學習、社會生活生產中選擇具有實際意義的事例作為課題，但并不是每一項知識都適合學生用探究方法來實驗的，應根據具體情況，作合理的選擇，使課題有較強的科學性和可行性，突出知識本身的特點，安排探究方向和重點，由易到難，逐步提高。使學生從中既能學到探究的思想方法，實踐操作的本領，又能通過質疑、反思、實踐操作，交流、討論、歸納、修正數據獲得成果，得到成功的愉悅。

2、任何實驗必須根據確切的物理原理，如天平就是根據力矩平衡的原理設計制作的，這些實驗原理可以是物理定理、定律或規律。探究實驗是在學生學習了一定的基本概念、定理、規律，掌握了一定的儀器使用方法，控制變量的實驗方法等基礎上進行的，所以，設計和進行一個實驗，必須有清晰的物理原理。這也是一個對學生所學知識的梳理、選擇、整合的過程。

3、由于探究性實驗中涉及較多的儀器器材的應用，有些還需學生自己動手制作相應的實驗構件，所以要注意幾個設計原則。

(１)科學性，科學的方案必須有科學的理論依據和正確的表達方式。

(２)安全性，方案設計時必須考慮安全、可靠，不會對人和儀器、器材造成傷害或損害。學生由于生活實踐經驗不足，有時考慮會欠妥，所以，教師在安全方面必須予以指導、提醒和把關。

(３)可操作性，方案的設計應便于操作、觀察、數據測定、數據處理，以便得出正確的科學的結果。

(４)精確性，所使用的儀器應選擇相應的精密度，操作人員應把握正確的觀察測量方法，如在測時、測距要能讀取正確的數據。盡可能選擇誤差小的方案，并在實驗具體實施前應對方案進行評估，使實驗誤差控制在允許的范圍內。

三、探究性實驗的教學過程

1、問題的提出

物理研究始于問題，問題的提出對物理研究意義重大。物理學家海森堡說：“提出正確的問題，等于解決了問題的一半”。從這個意義上講，應培養學生的“問題意識”，鼓勵學生提出問題，使學生在新材料、新情境、新問題面前勇敢質疑，這樣學生就不再是消極的接受者，而是積極的探索者。在學生提出的問題中，可以選擇探究性學習的課題，同時，作為指導性學習，教師可提出問題讓學生討論，從中選擇課題方向或內容。實踐中，學生提出的問題和方案很多，如：測彈簧玩具手槍子彈出口速度；測彈簧玩具手槍槍機彈簧的勁度系數；自行車行駛中所受阻力和風阻對自行車的影響；家用電器實際功率的測定；不用卷尺測樓房高度；太陽輻射功率等等。

2、方案的確定

問題提出后，要進行選擇評估，由于各人思路不同，同一問題會提出多個方案，有的方案在科學性方面，即理論上是成立的，但在探究性實驗中，實際操作上不可行的，有的方案在科學性方面存在明顯的缺陷，是不可行的，對于這類問題，我們不能簡單地否定，而要給予適當的解釋、引導，否則會影響學生的積極性。經過大家的合作交流探討，確定方案后，就要制定計劃，安排各人分工負職，準備測量器具，制作相關實驗構件，記錄實驗數據，撰寫探究實驗報告等工作。

3、方案的實施

如：測彈簧玩具手槍子彈出口速度實驗。

Ａ根據豎直上拋運動規律，只要測出彈丸上升到最高點所用時間ｔ，據ｖ =ｇｔ，就可測出彈丸的出口速度。該方案理論上成立，但在實驗中發現彈丸處于動態中，從出口到最高點的時間ｔ測不準。于是改為測彈丸經最高點返回原出發點的時間，然后忽略空氣阻力，據運動的對稱性，得運動時間ｔ，計算出速度。實際上這是同一類問題，都是測運動時間ｔ時不能正確測定，不能得到正確結果。于是有學生提出，在槍口同一水平面上置一紙板，中間開一小孔，讓彈丸從小孔射出，彈丸返回時擊中紙板，聽到響聲立刻停表，這方法很好，解決了返回時刻不可測難題。但馬上又發現新問題，聽到響聲立刻停表，這里還存在一個人的反應時間，即使用千分之一秒表替換百分之一秒表，也不能解決這難點。顯然實測時間大于實際運動時間，實驗誤差太大，結果不理想。

Ｂ根據平拋運動規律，利用平拋運動中物體的水平方向位移和豎直方向位移的等時性，摒棄了運動的時間量，只要測出落點高度和水平位移即可計算出彈丸的出口速度。用公式： h=?.at 2 .s=vt，即可計算出v=s/t。我指出了方案的可行性，并為提高實驗精度，提醒應注意的幾個問題：1）用水平儀校正彈丸出口速度的水平方向。2）適當增加槍口離地高度，以增加運動時間，減少誤差。學生們理解了實驗中注意的要領，操作時互相探討改進，提高了實驗的精確度。對實驗結果進行數據分析時，學生考慮的相當全面。由于空氣阻力的影響，水平位移的實測值會小于理論值；彈丸運動的時間將大于理論值。據對公式v↓=s↓/t↑的分析，可知測量結果計算得到的值將小于彈丸的實際出口速度。又考慮到玩具手槍彈丸的運動速度不大，空氣阻力對它的影響較小，故只對計算結果略作修正。經多次實驗測定，取其平均值。最后學生得到了較為精確可信的玩具手槍子彈的出口速度。

這個探究性實驗的結果較為理想，在此基礎上我們又有意識地進行了問題的拓展，既然我們得到了子彈的出口速度，那么，相應地我們可以求得子彈出口時的初動能；根據動能定理，又求得了槍機彈簧對彈丸做功的值以及槍機彈簧被壓縮時具有的彈性勢能；進一步，我們又測出槍機彈簧被壓縮時的形變量 X，據W=?KX2，又測出了槍機彈簧的勁度系數K。通過對實驗中出現的問題，再一步步予以解決的過程，使學生了解到科學探究的過程中會碰到許多困難，不會象純理論學習中那么簡單，每一步都要經過艱苦的探索。

學生掌握的知識有感性具體階段、理性抽象階段和理性具體階段，這三個階段反映了三個不同的認知水平，它們既有區別，又有聯系，并且呈遞進關系。它引起學生認知結構的整合和重組。而從認同到重組，從接受到探究，是學習心理質的飛躍，這種飛躍不是自然形成的，而是由外部的激勵和內部需要的知識量的積累，而導致的質的變化。探究的過程，反映了學生由認同思維向創新思維發展的過程。探究性實驗教學的目的，正是有意識地促進這一演變的進程。

我們又做了其它幾個探究性實驗，如測定自行車行駛時所受的阻力與車速的關系。車所受的阻力，包括輪子與路面間的阻力，自行車內部的機械摩擦阻力，相對于車速的空氣阻力等，學生應用控制變量法，在路況、車子內部機械摩擦一定的情況下，空氣阻力就較容易測出。對不同風速下的空氣阻力的進行分析、處理，我們就可以得到風阻影響的關系及其圖線。通過這些探索，學生們逐步掌握了科學實驗的一般思想方法和技術方法。

四、探究性實驗教學的評價

1、物理探究性實驗的開設，加深了學生對物理概念和物理規律的理解。物理知識來源于實踐，特別是科學實驗的實踐，通過創設一種類似于學術或學科研究的情境，使之與前人探索物理知識或規律的過程有許多相似之處，讓學生在實驗中發掘已有經驗，運用已學知識，感悟和體會研究物理的思想和方法。通過問題的提出、方案的選擇，培養了學生的擴散思維，通過方案的評估、確定，又培養了學生的聚斂思維。這整個討論、交流、實驗的過程，也正是學生對所學物理知識、物理規律的梳理、整合、重組的過程，通過探究實驗，也使部分學習優秀的學生發現學習中存在的缺陷和不足，開始努力予以改進

2、探究性實驗教學，培養了學生的科學態度和研究問題的探究能力，動手操作的實踐能力。通過問題的提出、方案的選擇、設計，儀器設備的選擇操作，實驗需用構件的動手制作，數據的收集處理，歸納推理等系列訓練，使學生的個性、興趣愛好和已有經驗得到充分的發揮，觀察能力、實踐操作能力得到提高。建模能力和空間想象能力的提高，使學生能對不同設計方案進行可行性評估，舍去不科學的或雖理論上成立但實踐操作上不可行或不精確的方案，這種靈活的思維方式，使學生跳出了死讀書的怪圈。也為學生的后續學習、創新精神、實踐能力和可持續發展打下了良好的基礎。

3、探究性實驗促成了學生的解題能力。學生學習物理，做練習題是不可缺少的重要一環，是幫助學生理解鞏固物理知識的重要手段之一。有些學生往往有這種感覺，聽教師講解時懂了，自己解題時卻又不行了。特別使碰到與實際聯系密切的問題更是無從下手。究其原因，就是學生對自然現象和生活中的物理現象疏于觀察，缺少聯想，不會靈活運用已有知識。通過探究性實驗的設計、操作，能引導學生把所學知識與實際現象聯系起來，建立起清晰的物理模型和物理情境，提高分析問題的空間想象能力，有利于克服片面性，拓展解題思路。比照探究性實驗開展前后，學生的解題思路和能力有了相當大的提高。

根據新的《上海市中學物理課程標準》（試用稿），要求學生能獨立根據實驗目的，設計正確的實驗方案，科學地完成較復雜的實驗任務。物理探究性實驗的開設，給學生提供了相應的時間、空間和環境，學生在教師的指導幫助下，通過自主設想、合作交流，實驗探究的學習方式，在實踐過程中逐漸學會收集、處理和運用信息，合作交流選擇方案，自己動手制作和操作實驗器材，分析歸納得出正確結論，使理論和實踐有機地結合起來。通過這樣的訓練，為學生的實踐能力、創新精神和可持續發展打下了良好的基礎，也為學生的后續學習、以及將來面對社會的生存能力打下了良好的基礎，探究性實驗教學，對于實現“二期課改”的教學目標，也是一個有效的措施。

[主要參考文獻]：

1、《教學科學研究方法基礎》上海教育出版社，1998年版。

2、《上海市中學物理課程標準》（試用稿），上海教育出版社，2004年10月版。

3、《中學物理課程研究》，唐國安、錢景華主編：百家出版社，1999年8月。

4、《中學物理教學概論》，閻金鐸等：高等教育出版社，1991年5月。